操作系统原理：C语言 threads多线程 + Pipe管道 实现单机聊天系统 |
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操作系统原理：C语言 threads多线程 + Pipe管道 实现单机聊天系统
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这个实验会建立一个全双工系统（Full-Duplex），实现两个管道同时收发消息。在程序中会涉及到3个文件，2个管道，2个进程，4个线程。线程之间的拓扑图如下： 首先创建fifo_create.c文件来事先创建2个管道，分别为A发送B接收、A接收B发送。使用mkfifo()语句创建管道，分别标识为“A2B”、“B2A”。 访问权限为0644，第一位0不算，从左至右三个数字分别代表rw- r-- r--对应转化为的二进制110 100 100。十进制第1个数字代表文件所有者的权限，十进制第2个数字代表同组用户的权限，十进制第3个数字代表其他用户的权限。 之后验证mkfifo()的返回值，验证管道是否创建成功。如果创建成功，当前目录下回多出来“A2B”、“B2A”两个文件。 #include #include #include int main(){ int A2B = mkfifo("A2B", 0644); int B2A = mkfifo("B2A", 0644); if (A2B == -1) printf("Falled to create the FIFO of A2B!\n"); if (B2A == -1) printf("Falled to create the FIFO of B2A!\n"); return 0; } 创建2个进程4个线程 连接标记符创建A.c和B.c两个文件，在两个文件中均创建send和receive两个线程。因为两个文件类似，这里以A.c为例，B.c同理。 在A.c中首先定义一个全局变量，用来标记两个管道是否连接，如果均连接成功，则flag=1，有任意一个管道断开则flag=0 。 //全局变量，标记是否连接，两个管道中有一个断开，则flag变为0 int flag = 1; 发送消息通过send函数实现发送消息。在管道连通之前，即在open语句等待管道连通。这里open语句使用只写的方式进行打开，如果管道连接成功，程序继续向下运行。 定义一个循环进行消息的多次发送，使用fgets()语句从指定的标准输入流stdin中读取一行，并把它存储在buf所指向的字符串内，多余的长度使用\0填充，而且fgets()语句包含换行符，所以在之后的receive函数中打印的时候不需要再添加换行符。 之后使用write语句将储存在buf中的全部字符串写入到刚才打开的A2B管道中。然后进行判断，如果刚才输入的是“88”则将标识符flag变成0，并打印下线提示，break出循环。如果输入的不是“88”，则在命令行打印[A]:，等待下一次输入。 最后关闭管道，退出线程。 //A给B发送消息 void* send() { char buf[1024]; printf("Waiting...\n"); int fd = open("A2B", O_WRONLY); printf("Connected!\n===============================================\n"); if (fd == -1) printf("Open fifo error!\n"); printf("[A]:"); while (flag == 1){ fgets(buf, 1023, stdin); write(fd, buf, 1023); if (buf[0] == '8' && buf[0] == '8') { flag = 0; printf("You have been offline.\n"); fflush(stdout); break; } else if (flag == 1) printf("[A]:"); } close(fd); pthread_exit(NULL); //退出线程 } 接收消息通过receive函数实现接收消息的功能。在管道连通之前，即open语句等待管道连通。这里open语句使用只读的方式进行打开，如果管道连接成功，程序继续向下运行。因为在本实验中两个通道一定是同时连接的，在send函数中已经打印连接成功的提示，所以在receive中就没有重复打印。 定义一个循环进行消息的多次接收，使用read语句将管道中的字符串全部储存在buf中，之后在末尾加上一个\0，表示字符串的结束。 然后进行判断，如果刚才接收到的是“88”则将标识符flag变成0，打印对方的最后一句话，同时打印对方已经下线的提示，break出循环。如果输入的不是“88”，则在命令行打印对方输入的内容后继续打印[A]:，等待下一次输入。 在打印接收到的对方消息时需要先在前面加上4个退格符，删除之前输入的[A]:这四个字符。另外要使用fflush(stdout);语句强制刷新标准输出缓冲区。 最后关闭管道，退出线程。 //A接收B发来的消息 void* receive() { char buf[1024]; int fd = open("B2A", O_RDONLY); if (fd == -1) printf("Open fifo error!\n"); while (flag == 1){ read(fd, buf, 1023); //如果对方发“88”则断开连接，退出进程 if (buf[0] == '8' && buf[0] == '8') { flag = 0; memset(buf + 1023, '\0', 1); printf("\b\b\b\b[B]:%s", buf); printf("Person B have been offline.\n"); fflush(stdout); //强制刷新输出缓冲区 break; } else if(flag == 1){ memset(buf + 1023, '\0', 1); printf("\b\b\b\b[B]:%s", buf);//删除之前输入的[X]:这四个字符 printf("[A]:"); fflush(stdout); //强制刷新输出缓冲区 } } close(fd); pthread_exit(NULL); //退出线程 } 双线程在主函数中建立两个线程，并分别调用send和receive两个函数，并等待它们退出。 int main(){ pthread_t tid1, tid2; //线程ID pthread_attr_t attr; //线程属性 pthread_attr_init(&attr); //设置默认线程属性 //执行两个线程分别进行收发 pthread_create(&tid1, &attr, send, NULL); pthread_create(&tid2, &attr, receive, NULL); //等待两个线程 pthread_join(tid1, NULL); pthread_join(tid2, NULL); return 0; } 程序运行过程截图等待连接 管道连接成功 进行全工聊天 聊天结束 本次实验结合了多线程和管道连接的知识，实现了一个简单的单机聊天功能。在本次实验中有以下几个需要注意的地方： fgets() 的特点： gets()和fgets()都可以读取空格。gets()读取一行，不能设定读取容量，这一行有多少便读取多少，有可能会发生内存溢出。然而fgets()有三个参数，它是从 stream 流中读取 size 个字符存储到字符指针变量 s 所指向的内存空间。它的返回值是一个指针，指向字符串中第一个字符的地址。在本实验中fgets()函数的读取大小均为1023，基本上满足了普通聊天的需要。fgets() 函数的size参数如果小于字符串的长度，那么字符串将会被截取；如果size大于字符串的长度则多余的部分系统会自动用 \0 填充。fgets()函数会读取换行符，所以在receive接收后，打印时不需要再添加换行符。 fflush()强制刷新缓冲区：在本实验中使用fflush()和stdout、stdin结合，可以将标准输入输出流中的数据强制刷新在命令行中。特别是在打印完接收的数据后，再次打印[A]:等待输入的字符串时，如果不进行强制刷新，这个字符串不会立刻显示在命令行中，而是跟随下一次的输入或输出结果同时显示。 “\b”退格：因为每次打印完聊天消息后，都需要继续打印[A]: 等待输入，而如果未进行输入而是接收了对方的消息，那么[A]:这个字符串就多余了，需要使用4个\b删除。 实验的不足之处： 本实验在判断字符串是否为“88”时，使用的方法比较笨，同时比较两个字符完成的，其实可以使用strcmp函数直接对两个字符串进行比较。本实验的最后还有一个小bug，就是在A输入“88”之后，两个程序不能立刻退出，而是需要在B上输入一个回车后才能退出，B对A发送消息情况同样。这个bug我试了很多方法都不能很好的解决，希望路过的大佬提供建议。 fifo_create.c #include #include #include int main(){ int A2B = mkfifo("A2B", 0644); int B2A = mkfifo("B2A", 0644); if (A2B == -1) printf("Falled to create the FIFO of A2B!\n"); if (B2A == -1) printf("Falled to create the FIFO of B2A!\n"); return 0; } A.c #include #include #include #include #include #include #include //全局变量，标记是否连接，两个管道中有一个断开，则flag变为0 int flag = 1; //A给B发送消息 void* send() { char buf[1024]; printf("Waiting...\n"); int fd = open("A2B", O_WRONLY); printf("Connected!\n===============================================\n"); if (fd == -1) printf("Open fifo error!\n"); printf("[A]:"); while (flag == 1){ fgets(buf, 1023, stdin); write(fd, buf, 1023); if (buf[0] == '8' && buf[0] == '8') { flag = 0; printf("You have been offline.\n"); fflush(stdout); break; } else if (flag == 1) printf("[A]:"); } close(fd); pthread_exit(NULL); //退出线程 } //A接收B发来的消息 void* receive() { char buf[1024]; int fd = open("B2A", O_RDONLY); if (fd == -1) printf("Open fifo error!\n"); while (flag == 1){ read(fd, buf, 1023); //如果对方发“88”则断开连接，退出进程 if (buf[0] == '8' && buf[0] == '8') { flag = 0; memset(buf + 1023, '\0', 1); printf("\b\b\b\b[B]:%s", buf); printf("Person B have been offline.\n"); fflush(stdout); //强制刷新输出缓冲区 break; } else if(flag == 1){ memset(buf + 1023, '\0', 1); printf("\b\b\b\b[B]:%s", buf);//删除之前输入的[X]:这四个字符 printf("[A]:"); fflush(stdout); //强制刷新输出缓冲区 } } close(fd); pthread_exit(NULL); //退出线程 } int main(){ pthread_t tid1, tid2; //线程ID pthread_attr_t attr; //线程属性 pthread_attr_init(&attr); //设置默认线程属性 //执行两个线程分别进行收发 pthread_create(&tid1, &attr, send, NULL); pthread_create(&tid2, &attr, receive, NULL); //等待两个线程 pthread_join(tid1, NULL); pthread_join(tid2, NULL); return 0; } B.c #include #include #include #include #include #include #include int flag = 1; //B给A发送消息 void* send() { char buf[1024]; printf("Waiting...\n"); int fd = open("B2A", O_WRONLY); printf("Connected!\n===============================================\n"); if (fd == -1) printf("Open fifo error!\n"); printf("[B]:"); while (flag == 1){ fgets(buf, 1023, stdin); write(fd, buf, 1023); if (buf[0] == '8' && buf[0] == '8') { flag = 0; printf("You have been offline.\n"); fflush(stdout); break; } else if (flag == 1) printf("[B]:"); } close(fd); pthread_exit(NULL); //退出线程 } //B接收A发来的消息 void* receive() { char buf[1024]; int fd = open("A2B", O_RDONLY); if (fd == -1) printf("Open fifo error!\n"); while (flag == 1) { read(fd, buf, 1023); if (buf[0] == '8' && buf[0] == '8') { flag = 0; memset(buf + 1023, '\0', 1); printf("\b\b\b\b[A]:%s", buf); printf("Person A have been offline.\n"); fflush(stdout); break; } else if (flag == 1) { memset(buf + 1023, '\0', 1); printf("\b\b\b\b[A]:%s", buf); printf("[B]:"); fflush(stdout); } } close(fd); pthread_exit(NULL); //退出线程 } int main(){ pthread_t tid1, tid2; //线程ID pthread_attr_t attr; //线程属性 pthread_attr_init(&attr); //设置默认线程属性 //执行两个线程 pthread_create(&tid1, &attr, send, NULL); pthread_create(&tid2, &attr, receive, NULL); //等待两个线程 pthread_join(tid1, NULL); pthread_join(tid2, NULL); return 0; } |
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